一维半导体纳米结构的制备与表征

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1、上海大学硕士学位论文摘要纳米材料的制备技术是纳米科技领域富有活力且研究内涵十分丰富的科学分支。而一维纳米材料(如纳米管、线、棒、带等)及其组装体系(如阵列体系，纳米尺度的图案材料等)，因其在介观物理和构筑纳米器件方面的独特作用，成为目前纳米技术领域研究的热点之一，是现代材料科学研究的重要前沿课题和纳米材料研究的前沿I丰导方向。虽然一维纳米材料的研究己经取得很大的成功，在短短十几年的时间内便由由材料制备发展到了纳米器件设计和组装。但应该注意到，一维纳米材料制备的的可控合成依然是个有待解决的问题。实现对一维纳米材料的生长、成分和结构的人工控制，是一维纳米材料应用的前提和基础。围绕一维纳米材料的

2、可控合成及生长机理，我们做了一系列的研究。本论文工作主要集中在一维半导体纳米结构的制备及其生长机理的研究。1、以一氧化硅为原料，在氮气气氛中加热到1450。C，合成了大量单晶的线型和带型a—Si3N4准一维结构。其中线型a—Si3N4准一维结构沉积在温度较低的区域(1200。C)，而带型a．Si3N4准一维结构则沉积在温度较高的原料附近位置(1450。C)。经XRD、SEM和TEM分析表明制备得到的线型和带型氮化硅准一维结构均为六方纤锌矿结构；线型a—Si3N4直径约为100～300nm，长为几十微米；而带型a—Si3N4厚约30nm，宽度在300nm～2p,m之间，长度为几微米到几十微米

3、。在高分辨透射电子显微镜(HI玎EM)和选区电子衍射(SAED)分析表明线型和带型a。Si3N4的为结晶完整的准一维结构。从晶体生长热力学及动力学方面讨论了线型和带型a．Si3N4准一维结构的生长过程和分区沉积的原因。2、以氮气为载气和保护气，用氧化镓粉末和金属镓的混合物在1150℃下直接和氨气反应的化学气相沉积在方法，制备得到了GaN纳米线。通过透射电子显微镜观察，发现合成的GaN纳米线直径约10～20nm，长几个微米。HRTEM表明制备的GaN纳米线为六方纤锌矿结构。GaN纳米线按照自催化的VLS机制生长。3、以氧化镓和活性碳的混合物为原料，通过碳热还原和氨气氮化的热化学V上海大学硕-

4、上学位论文过程，合成了单晶的GaN／C纳米缆。对产物进行SEM、TEM、HRTEM和SAED表征和分析。GaN／C纳米缆由六方结构的GaN纳米线核和碳纳米管壳构成，直径约50-200nm，长十几微米，碳纳米管的壁厚约5nm。GaN纳米缆的形成可以分为两个过程。首先是氮化镓按VLS机理生长形成GaN纳米线，然后反应中生成的气态C原团簇按VS的机理沉积在GaN纳米线的表面形成碳纳米管壳。当沉积区温度在1020℃时，G心汜纳米缆中的GaN纳米线受热分解，形成了被碳纳米管包覆的波浪形GaN纳米线和一系列有序的球形GaN纳米颗粒。GaN纳米线的分解先从表面开始，然后逐渐向内部扩展。因此，波浪形GaN

5、纳米线的边缘原子排列无序，而中心的氮化镓保持了良好的单晶结构。4、采用热蒸发ZnS的方法，在没有添加任何催化剂的条件下制备得到了单晶的ZnS纳米线。纳米线直径约为20～50nm，长几微米。XRD和HRTEM分析表明合成的ZnS为六方纤锌矿结构，生长方向为[001]。由于没有添加催化剂，ZnS纳米线很可能是按照VS机理生长。’关键词：半导体；化学气相沉积；一维结构Vl上海大学硕士学位论文AbstractPreparationofnano-materialsisthemostactivebranchofthellano—scienceandtechnology(nano—ST)．Nano—ma

6、terialshavetakengreatprogresssince80yearsoflastcentury．Onedimensional(1D)nanostructures(nanotube，nanowire，nanorod，nanobelteet．)andmeirassemblies(suchasnanoarry，nanocable，nanoscalepatternmaterials)havebeenthefocusofthisareaforthepresent，owingtotheiruniquepotentialapplicationinmesophysicsandfabricat

7、ionofnanodevices．．Therefore，ithasbeenoneoftheimportantffomiersinmodernmaterialsscienceresearchanddevelopmentdirectionsofnano—scienceresearch．Thoughtheresearchofquasi一1Dnanomaterialsalreadyhasbeengotconsiderablepr